Wifi 4 и wifi 5 в чем разница
Ближайшее обновление стандарта Wi-Fi 6 (802.11ax) должно сделать беспроводное соединение быстрее и эффективнее. Но стоит ли уже сейчас думать о перестраивании сети с заменой/модернизацией оборудования? Давайте разберемся, насколько и для кого актуальна будет сеть нового поколения, какие преимущества она дает и чего еще ждать от беспроводных сетей в будущем.
С каждым годом объем данных, передаваемый пользователями по беспроводным сетям, растет. По прогнозам Cisco уже в следующем году почти половина всего передаваемого сетевого трафика ляжет на беспроводные сети Wi-Fi.
Разделение интернет-трафика согласно Cisco Visual Network Index
Одновременно растет и количество устройств, подключенных к сети. Это происходит как за счет увеличения количества повседневных устройств (телефоны, планшеты, умные часы) но и благодаря развитию новых направлений — вроде интернета вещей.
Количество устройств с доступом в интернет на одно домашнее хозяйство
В этих условиях скорость и емкость беспроводной сети становятся критичными параметрами как во «внутреннем» офисе, для сотрудников, так и в зоне для клиентов (о том, как и чем полезна беспроводная сеть для клиентов писали в этой статье).
Как отвечают на эти потребности разработчики стандарта Wi-Fi? За почти четверть века, прошедших с момента выпуска первой версии, скорость передачи данных выросла в 3,5 тысячи раз. Казалось бы, такой шаг вперед должен обгонять потребности пользователей, а значит, бизнесу совершенно не обязательно торопиться с обновлением беспроводной сети.
Но на практике скорость соединения оказывается намного ниже, чем в спецификациях устройств, — по причине изменчивости и непредсказуемости реальной обстановки в эфире. Разберем ситуацию на примере одной из версий Wi-Fi — самой распространенной сейчас 802.11ac.
Wi-Fi 5 (или 802.11ac) был представлен 5 лет назад. Разработчики обещали максимальную теоретическую скорость в 6,77 Гбит/с. Устройства с поддержкой 802.11ac стали появляться еще на стадии драфта стандарта и к 2018 году модули доступа к сети, поддерживающие Wi-Fi 5, доминировали в объемах поставок.
Стандарт запускался в два этапа: сначала первая волна (Wave 1), а затем — вторая (Wave 2), которая принесла с собой несколько интересных нововведений. Дальше говорить о скорости будем применительно к Wave 2.
Wi-Fi 5 (Wave 2) — это первая версия стандарта, поддерживающая MU-MIMO, т.е. одновременную передачу данных нескольким устройствам. До появления этой технологии несколько устройств, подключенных к точке доступа, делили ресурс по времени (OFDM — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) — т.е. сначала поток данных направлялся одному, потом второму и т.д. При подключении множества устройств это существенно снижает скорость загрузки данных на каждое из них.
MU-MIMO, представленная в 802.11ac Wave 2, решает эту проблему. Технология с одной стороны, обеспечивает направленную передачу в сторону клиентского устройства, чтобы не создавать лишние помехи в эфире, а с другой, позволяет это делать одновременно для нескольких устройств.
Указанный теоретический порог скорости 802.11ac Wave 2 рассчитан для режима 8x MU-MIMO. Это значит, что точка доступа обеспечивает передачу одновременно до восьми клиентам, если это поддерживается на аппаратном уровне. Надо понимать, что при подключении нескольких устройств доступный канал делится между ними (и работать все будет на скорости самого медленного). А значит, вместо обещанных гигабитов мы скорее всего получим на тестах не более 433 МБит/с. Кстати, 802.11ac Wave 2 работает только в диапазоне 5 ГГц, т.е. при подключении старых устройств, не рассчитанных на этот диапазон, общая эффективность работы сети окажется еще ниже.
Еще момент. Беспроводная среда не замкнута. Вне зависимости от стандарта передача данных подвержена воздействию электромагнитных помех от бытовых приборов, офисной техники и прочих неожиданных источников, вплоть до военных. Да и сами беспроводные сети в соседнем помещении при неправильной настройке дадут о себе знать. Все это ведет к снижению качества сигнала, а значит, и скорости передачи данных (о том, как оценить электромагнитную обстановку, а также о том, как не помешать самому себе, выбирая неправильные частотные каналы, писали в этом материале).
Несмотря на ограничения реального мира, на базе Wi-Fi 5 строятся масштабные проекты, помогающие обслуживать сотни и тысячи мобильных клиентов. Например, в 2018 году на базе оборудования Cisco была развернута беспроводная сеть стадиона Лужники, обслуживающая до 80 тыс. болельщиков на территории в 220 тыс. м². Проект был реализован к проходившему в 2018 году Чемпионату мира по футболу, в рамках которого сеть и прошла жесткие тесты «на прочность». В периоды пиковых нагрузок она обслуживала до 20 тыс. одновременных соединений. Скорость на пользовательских устройствах достигала 5–8 Мбит/с (организаторы матчей ставили условие обеспечить скорость не менее 2 Мбит/с, что является общемировой практикой).
Аналогичные масштабные задачи решались в московском и питерском метро. Здесь ситуацию усложняли постоянные перемещения пассажиров, которым нужно обеспечить роуминг, хитрое электропитание, под которое надо было еще подобрать БП, да и в целом сложные условия эксплуатации в подземке. О деталях этих проектов уже писали на Хабре тут и вот тут.
Несмотря на успешные проекты на базе Wi-Fi 5, уже завтра его может оказаться недостаточно.
Вообще в рядовом бизнесе, где на точки доступа не возлагается никакой «особенной» нагрузки и ответственности, многие сети до сих пор работают на Wi-Fi 4 — 802.11n. Просто оборудование было куплено достаточно давно и не успело выработать свой ресурс. В этой версии нет ни MU-MIMO, ни широких частотных каналов. И в теории скорость даже не приближается к 1 Гбит/с, составляя 150 Мбит/с на один поток (в реальности — порядка 90 Мбит/с).
Много устаревших устройств и у пользователей. Это вынуждает даже современные точки доступа работать в режиме обратной совместимости, а значит на заметно меньших скоростях, что ухудшает производительность всего сегмента.
Но от прогресса не убежишь. По статистике потребительские устройства в среднем меняются раз в 2 года. Сейчас стандарт 802.11ас вполне зрелый, по статистике с Cisco Live 2017, проходившей в Берлине, количество клиентов 802.11ас было 76,5%. Конечно, это конференция гиков, но весьма показательно, насколько стандарт был подхвачен и популярен уже в 2017 году.
По мере естественного обновления потребительских устройств растет и потребность в более совершенном оборудовании для беспроводных сетей.
Распространенный сегодня 802.11ac ознаменовал переход от погони за скоростью одного клиента к погоне за максимальной емкостью сети. И следующий стандарт полностью поддерживает эту тенденцию.
Перед Wi-Fi 6 была поставлена задача обеспечить скорости до 10 Гбит/с. Конечно, цель теоретическая, так как такая скорость будет достижима в лучшем случае в относительно свободном диапазоне 5 ГГц для одного устройства неподалеку от роутера. Но прогресс все же впечатляет. Хотя технически стандарт был улучшен всего на 37%, в реальности за счет более эффективного использования частотного спектра (адаптации под ситуации из реального мира) он должен обеспечить рост пропускной способности в 4 раза.
В Wi-Fi 6 реализовано одновременно несколько идей, позволяющих повысить эффективность беспроводных сетей. Например, обсуждавшаяся выше MU-MIMO в этом стандарте работает не только на передачу данных от точки доступа к устройству, но и в обратном направлении (правда, устройства для этого должны также поддерживать MU-MIMO). Кроме того, в стандарте вместо OFDM была реализована поддержка OFDMA (множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов), когда пользователи делят частотный канал не только по времени, но и по поднесущим. Для еще большего уплотнения передаваемой информации используется модуляция QAM 1024.
Сравнение OFDM в стандарте 802.11ac и OFDMA в новом 802.11ax
Еще один важный аспект — востребованное бизнесом развертывание больших по площади беспроводных сетей. Для снижения помех, возникающих в одних сегментах сети из-за других, в Wi-Fi 6 воплощен механизм «раскрашивания» сегментов в разные «цвета» (с физическим понятием цвета, понятно, это свойство не имеет ничего общего; идею с названием, похоже, почерпнули из физики субатомных частиц). «Окрашивание» реализовано через назначение каждой точке доступа некого свойства, которым маркируются все ее пакеты. Когда устройство, подключенное к одной из точек, прослушивает нужный ему канал, пытаясь начать передачу, с помощью этих меток можно отличить, занята ли именно его подсеть.
Согласно прогнозам, в 2022 году более половины устройств будут поддерживать новый стандарт. Столь стремительное распространение ожидается не столько за счет поддерживаемых скоростей (хотя в мире 4К и 8К видео скорости играют определенную роль), сколько благодаря иному качеству обслуживания в сети нового стандарта — уменьшению задержки и джиттера, что важно в том числе и в бизнес-коммуникациях. И, естественно, поддержке сетей высокой плотности, которая может быть обусловлена не только обилием посетителей со своими гаджетами, но и устройствами IoT (для них в Wi-Fi 6 предусмотрены нововведения в области энергосбережения).
Хотя еще не принята окончательная версия спецификации, поддержка уже заявленных функций есть в ряде продуктов, присутствующих на рынке, например в точках доступа корпоративного уровня Cisco Catalyst 9100.
Экспоненциальный рост числа конечных устройств с поддержкой
Таким образом уже сейчас имеет смысл строить беспроводные сети с поддержкой Wi-Fi 6. Затраты на изменения в беспроводной инфраструктуре площадке WiFi весьма высоки, поэтому стоит рассматривать более новые варианты инфраструктуры, чтобы использовать максимальный срок жизни оборудования. В то же время необходимо реально смотреть на вещи и не рассматривать продукты типа pre-standard, т. е. те, которые никогда не будут сертифицированы. Отдача от этой инвестиции появится при массовом появлении абонентских устройств.
Поддержкой более современных стандартов нововведения в оборудовании не ограничиваются. С момента выпуска 802.11ac до 802.11ax появились и дополнительные функции — «надстройки» над беспроводным стандартом, обеспечивающие более стабильную связь и безопасность подключения. Например, Cisco в свои устройства Wi-Fi встраивает RF ASIC — инструмент, собирающий аналитику по сети и позволяющий зафиксировать несанкционированные подключения.
В конце 2019 года ожидается появление нового стандарта Wi-Fi 6. Чем он отличается от своих предшественников Wi-Fi 5 и Wi-Fi 4, мы расскажем в этой статье.
Wi-Fi 6, Wi-Fi 5 и Wi-Fi 4: объясняем термины
Термины WLAN и Wi-Fi в основном используются взаимозаменяемо. Различия между ними очень незначительные. В принципе, оба обозначают беспроводную сеть. Чтобы упростить наименования для каждого стандарта, старые обозначения WLAN были заменены новыми терминами Wi-Fi.
- В 2009 году появился WLAN 802.11n. Эту версию принято называть Wi-Fi 4.
- Следующая версия 2014 года WLAN 802.11ac теперь называется Wi-Fi 5.
- Новый стандарт, который должен был называться WLAN 802.11ax, будет носить имя Wi-Fi 6.
Что нового в Wi-Fi 6
Wi-Fi 6 призван, во-первых, сделать соединения более стабильными, а во-вторых — обеспечить более быструю скорость передачи данных.
При этом максимальная полоса пропускания Wi-Fi 6 должна составлять от 10 до 11 Гбит/с. Для сравнения, максимальная скорость передачи данных Wi-Fi 5 составляет 1,3 Гбит/с, а Wi-Fi 4 — всего от 150 до 600 мегабит в секунду.
Wi-Fi 6 может распределять максимальную полосу пропускания на 8 каналов. Таким образом, теоретически роутер сможет одновременно взаимодействовать и обмениваться данными сразу с восемью устройствами. Это достигается путем лучшего разделения входящих и исходящих сигналов на восемь каналов, максимально используемых Wi-Fi 6. Что должно сделать сеть Wi-Fi более стабильной, особенно при высокой нагрузке.
Возможность высокой скорости передачи данных в сочетании с обменом данными с несколькими устройствами новый стандарт Wi-Fi 6 получает за счёт сочетания различных функций, которые скрываются за несколько загадочным обозначением MU-MIMO-OFDMA. MU-MIMO означает «Multiple User — Multiple Input, Multiple Output». Эта технология должна обеспечить оптимальное использование антенн роутера.
ASUS RT-AX88U — один из первых роутеров с поддержкой Wi-Fi 6
В то время как с Wi-Fi 5 роутер передает и принимает данные только с одного конечного устройства, роутеры с Wi-Fi 6 должны иметь возможность отправлять данные на несколько устройств одновременно. Кроме того, роутеры с помощью этого стандарта Wi-Fi смогут принимать данные сразу с разных устройств.
Еще одна интересная аббревиатура — OFDMA — расшифровывается как «Orthogonal Frequency Division Multiple Access». Эта технология предназначена для поддержки MU-MIMO.
Однако чтобы вы могли воспользоваться преимуществами быстрого подключения Wi-Fi, ваш роутер и конечное устройство должны поддерживать новый стандарт. Новые модели с поддержкой супербыстрогоWi-Fi 6 уже представили ASUS, TP-Link, Netgear и Fritzbox, но пока эти роутеры совершенно не популярны и очень дороги по сравнению с моделями прошлого поколения.
Wi-Fi остается одной из наиболее перспективных технологий беспроводной связи. Она стремительно развивается и принимает в себя новые беспроводные решения, позволяющие увеличить скорость передачи данных. Даже с развитием LTE-сетей, Wi-Fi не остается в стороне, а скорее получает дополнительную ветку развития, разгружая трафик в наиболее востребованных участках сети.
Wi-Fi для применения внутри помещений в рамках установленной законодательством мощности излучения не требует получения разрешения на использование частот. Кроме того, организация Wi-Fi-сети в условиях дома или небольшого офиса довольно проста, благодаря чему, зачастую, можно обойтись своими силами. Тем не менее, при проектировании сети с высокими требованиями к качеству связи, плотности покрытия и пропускной способности, как правило, прибегают к помощи специалистов. Развертывание Wi-Fi-сети занимает на порядок меньше времени по сравнению с прокладкой СКС до рабочих мест. Именно за простоту настройки, развертывания, относительную дешевизну и удобство, Wi-Fi по праву считают одной из перспективных и активно развивающихся технологий.
Требования к Wi-Fi-оборудованию описаны в наборе стандартов IEEE 802.11. С выпуском каждого нового стандарта, к 802.11 добавлялась буква, например, 802.11a/b/n и т.д. На сегодняшний день насчитывается несколько десятков разновидностей стандартов Wi-Fi. Не все стандарты были направлены на увеличение скорости передачи данных, некоторые из них затрагивают вопросы безопасности (например, 802.11i), другие включали описание работы роуминга (802.11r) и т.д.
При этом следует отметить, что не все перечисленные стандарты Wi-Fi служат для организации беспроводных локальных сетей как привычные нам роутеры, работающие в диапазонах 2.4 и 5 ГГц (стандарты 802.11 a/b/g/n/ac). Такие стандарты как 802.11ad и 802.11ay изначально планировалось выпустить для передачи данных на небольшие расстояния – от 1 до 10 метров – и, в перспективе, использовать их для организации высокоскоростных интерфейсов передачи данных, например для подключения мониторов к ПК и передачи изображения в формате 8K. Однако, в результате развития 5G-сетей и переходом в диапазон до 100 ГГц, устройства с поддержкой 802.11ad стали применяться для организации радиодоступа вне помещений (но для таких частот должны быть обеспечены условия прямой видимости).
Таким образом, у Wi-Fi большое будущее, которое позволит использовать данную технологию в совершенно разных приложениях. Несомненно, данная технология найдет свое место как в 5G-сетях, IoT-решениях, так и в VR-приложениях:
Применимость различных стандартов Wi-Fi
Диапазон 2.4 ГГц
Большинство обычных клиентских маршрутизаторов и бытовых Wi-Fi-устройств работает в двух частотных диапазонах: 2,4 ГГц (802.11 b/g/n) и 5 ГГц (802.11 a/n/ac).
В диапазоне 2,4 ГГц стандартами определено 14 каналов. Некоторые из них могут быть недоступны в ряде стран (например, 14 канал разрешен для использования только в Японии). Каналы с номерами 1, 6 и 11 считаются полностью не пересекающимися по частотам и называются, как ни странно, "непересекающимися". Но на деле всегда остается "неучтенка", и если точки доступа расположены достаточно близко друг к другу, то и непересекающиеся каналы становятся пересекающимися:
Каждый канал занимает ширину в 20 МГц. В некоторых случаях, стандартами разрешено использовать ширину канала равную 40 МГц (см. раздел Агрегация каналов). Номера каналов и их центральные частоты приведены на рисунке.
Каналы Wi-Fi в диапазоне 2.4 ГГц
Использование непересекающихся каналов удобно в том случае, когда требуется организовать равномерное радиопокрытие таким образом, чтобы рядом расположенное оборудование не мешало друг другу, увеличивая тем самым стабильность и качество связи:
Одним из недостатков диапазона 2,4 ГГц является его высокая загруженность и малое количество каналов. Помехи для Wi-Fi-сети могут создавать не только другие Wi-Fi-устройства и точки доступа, но и Bluetooth-устройства, работающие в этом же частотном диапазоне. Даже обычная бытовая СВЧ-печь способна очень сильно влиять на качество соединения в диапазоне 2,4 ГГц. Для минимизации взаимных влияний мощность Wi-Fi-передатчиков строго ограничена и регламентирована. Использование мощного передатчика требует получения разрешения в радиочастотном центре.
Более перспективным, с точки зрения меньшей загруженности и наличия большего числа каналов, является частотный диапазон 5 ГГц.
Диапазон 5 ГГц
В частотном диапазоне 5 ГГц доступно 23 неперекрывающихся канала по 20 МГц. Можно даже отметить, что 5-гигагерцовый диапазон состоит только из неперекрывающихся каналов, так как на такой частоте перекрытие создает существенные коллизии. Здесь уже можно использовать не только ширину 20/40 МГц, но и каналы шириной в 80 МГц (основной + вспомогательный). Ниже изображено расположение каналов в диапазоне 5 ГГц:
- Первый блок (Lower, нижний) каналов UNII-1 лежит в диапазоне частот от 5180 до 5240. При этом доступные непересекающиеся каналы по 20 МГц: 36, 40, 44, 48;
- Второй блок (Middle, средний) UNII-2 лежит в диапазоне частот от 5260 до 5320. При этом доступные непересекающиеся каналы по 20 МГц: 52 56 60 64;
- Третий блок (Extended, расширенный) UNII-2 лежит в диапазоне частот от 5500 до 5700. При этом доступные непересекающиеся каналы по 20 МГц: 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140;
- Четвертый блок UNII-3 - частота от 5745 до 5805, доступные непересекающиеся каналы по 20 МГц: 149 153 157 161;
- Отдельно существуют 3 группы каналов: Japan (каналы: 8, 12, 16; диапазон 5040-5080) US Public Safety (каналы: 184, 188, 192, 196; диапазон 4920-4980) ISM (канал 165, частота 5825);
- Стандартом 802.11ac предусмотрено использование групп UNII-1, UNII-2 (обе) и UNII-3, т.е. суммарно 23 канала. Благодаря чему, при использовании ширины канала в 80 МГц, доступно 5 непересекающихся каналов. Этой же спецификацией предусмотрена возможность объединения 2-х каналов по 80 МГц, что в итоге дает 160 МГц.
Carrier Aggregation - агрегация каналов
Под агрегацией следует понимать логическое объединение нескольких параллельных каналов передачи в один. Стандартами допускается использование полосы пропускания 40 МГц в диапазоне 2,4 ГГц. В диапазоне 5 ГГц ширина каналов может быть увеличена до 40, 80, 160 МГц с занятием частот соседних каналов для увеличения пропускной способности сети:
Это и называется агрегированием. В случае использования широкой полосы пропускания, стабильность соединения может снижаться в силу взаимных влияний различных сетей друг на друга. Однако, несомненно, увеличение ширины канала позволяет многократно увеличить скорость передачи данных.
В этом разделе приводится описание технологий, которые нашли применение в беспроводных сетях стандарта 802.11 и позволили многократно увеличить скорости передачи данных – MIMO и Beamforming.
MIMO - Multiple Input Multiple Output
Технология MIMO оказала большое влияние на развитие Wi-Fi. Буквально несколько лет назад никто не думал о том, что будут существовать беспроводные устройства с пропускной способностью в сотни мегабит в секунду. Возникновение новых скоростных стандартов связи, в том числе 802.11n произошло во многом благодаря MIMO.
Наиболее простое определение, которое можно дать технологии MIMO – это многопотоковая передача данных. Аббревиатура переводится с английского как "несколько входов, несколько выходов". В отличие от своего "родителя" (Single Input / Single Output), в устройствах с поддержкой MIMO сигнал передается на одном радиоканале с помощью нескольких приемников и передатчиков.
Одной из основных характеристик технологии MIMO является количество антенн, работающих на прием и передачу. Обозначается NxM, где N - количество передающих антенн, а M - приемных. Например, MIMO типа 3х2 означает, что радиосистема имеет 3 передающие антенны и 2 принимающие. Кроме того, в MIMO применяется пространственное мультиплексирование. Иначе говоря, технология одновременной передачи данных нескольких пакетов по одному каналу. Благодаря такому "уплотнению" канала, его пропускную способность можно увеличить в два и более раз.
Как только технология беспроводной передачи данных Wi-Fi начала пользоваться большим спросом, быстро стали возрастать и требования к скорости. Впервые технология MIMO появилась в стандарте 802.11n, который дал возможность увеличить канальную скорость беспроводного соединения с 54 Мбит/сек до 600 Мбит/сек. Стандарт 802.11n дает возможность применять как стандартную ширину канала в 20 МГц, так и использовать широкополосную линию в 40 МГц. Таким образом можно получить в несколько раз увеличенную пропускную способность каналов, которые используются в данный момент. С помощью объединения MIMO с более широкой полосой пропускания канала, получается достаточно мощный способ повышения физической скорости передачи.
Типы MIMO
Для различного количества пользователей, между которыми в одно и тоже время идет передача данных, существует два типа технологий:
SU-MIMO – система для одного пользователя (Single User - SU). Используется, когда в определенный промежуток времени потоки данных идут только к одному пользователю. Технология предоставляет многоканальные входные и выходные потоки одному устройству. Пока Wi-Fi-устройство адресата получает или принимает данные, другие пользователи находятся в ожидании.
MU-MIMO – система для нескольких пользователей (Multi User - MU). Позволяет нескольким пользователям принимать одновременно потоки данных. Она опирается на технологии SU-MIMO, но дает одновременную связь точки доступа с несколькими устройствами. MU-MIMO создает до 4 одновременных подключений, передавая по 4 потока данных одновременно. В результате пользователи не делят между собой соединение и улучшается производительность сети.
Разница между технологиями SU и MU-MIMO
Особенности технологии
До появления стандарта 802.11ax, технология MU-MIMO работала только в диапазоне 5 ГГц. С появлением 802.11ax MU-MIMO стала доступной и на 2.4 ГГц. В продаже сетевого оборудования появляется все больше двухдиапазонных маршрутизаторов с поддержкой данной технологии.
MU-MIMO использует технологию Beamforming. Благодаря ей, сигналы распространяются не хаотично, а в направлении беспроводного устройства. Эта направленность позволяет увеличить дальность сигнала и повысить скорость передачи данных.
К сожалению, невозможно обслуживать бесконечное количество пользователей и потоков данных. Например, роутер с поддержкой трех потоков может одновременно работать только с тремя Wi-Fi-устройствами без задержек.
Чтобы пользоваться преимуществами метода, принимающее устройство должно иметь поддержку MU-MIMO. В данном случае, достаточно одной антенны и пользовательское устройство примет поток данных от роутера.
Компании, выпускающие смартфоны, роутеры, точки доступа и другие сетевые устройства уже заложили в них поддержку технологии. Как гарантируют производители, во многих современных устройствах, они учли также аппаратные требования для поддержки MU-MIMO, и теперь достаточно обновить ПО на своем гаджете, и пользователь получит поддержку данной технологии.
Сигнал, который передается с помощью архитектуры MU-MIMO, сложно перехватить, что повышает безопасность беспроводной сети.
На первых этапах развития технологии существовала трудность совмещения устройств, работающих с поддержкой MIMO и без нее. Однако на данный момент это уже не так актуально – практически каждый современный производитель беспроводного оборудования использует ее в своих устройствах. Также, одной из проблем при появлении технологии передачи данных с помощью нескольких приемников и нескольких передатчиков, являлась цена устройства.
Beamforming - автоматическое формирование луча
В последних моделях Wi-Fi-маршрутизаторов все чаще можно увидеть такую "опцию" как Beamforming. Beamforming, согласно техническим спецификациям современных Wi-Fi-устройств, это технология, позволяющая направлять излучаемый сигнал не во все стороны, как это происходит обычно, а "концентрированно" в сторону абонента. Это увеличивает отношение сигнал/шум, и как следствие - скорость передачи данных:
Особенно это актуально в местах, где много различных перекрытий сигналов и множество других источников радиопомех, работающих в нелицензируемом диапазоне частот 2.4 и 5 ГГц.
Следует отметить, что главной сложностью при внедрении beamforming в устройства является сложность настройки антенн в сочетании с грамотным программным обеспечением. В недорогих моделях роутеров зачастую наличие beamforming является лишь маркетинговым ходом. Сильно повысить стабильность приема в отдаленных участках помещения не получится. Beamforming стал частью стандарта, начиная с 802.11ac, во втором поколении этих устройств (wave 2).
MCS в Wi-Fi сетях
- Тип модуляции. Модуляция - это метод передачи данных. Чем сложнее модуляция, тем выше скорость передачи данных. Более сложные модуляции требуют хороших условий передачи, низкого уровня помех и отсутствия препятствий на пути прохождения сигнала.
- Скорость кодирования информации. Этот параметр указывает на то, какая часть потока данных фактически используется для передачи "полезной" информации. Это значение выражается в виде дроби, например, 5/6 или 83,3% используемого потока данных.
- Количество пространственных потоков. Используя технологию MIMO, в настоящее время возможно запускать до 8 пространственных потоков. Фактически это позволяет использовать одну и ту же область частотного пространства для передачи и приема нескольких потоков данных.
- Ширина канала передачи. Это значение определяет, какая ширина канала будет использована для передачи. Ширина канала может быть максимум 40 МГц для диапазона 2.4 ГГц и 160 МГц для диапазона 5 ГГц. В диапазоне 60 ГГц ширина канала может составлять до 2 ГГц (стандарт 802.11ad/ay).
- Длительность защитного интервала. Защитный интервал фактически представляет собой очень короткую паузу между передачей пакетов, чтобы можно было игнорировать любую ложную информацию. Более длительные интервалы защиты обеспечивают более надежную беспроводную связь.
Чем выше индекс MCS, тем "сложнее" вышеперечисленные параметры передачи. Значение индексов MCS для различных стандартов Wi-Fi приводится в таблице ниже. В расширенной виде с таблицей MCS можно ознакомиться по ссылке.
С недавнего времени маршрутизаторы предлагают два больших сегмента частотных диапазонов для подключения к Wi-Fi: 2,4 ГГц и 5 ГГц. У каждого есть свои преимущества и недостатки, и мы посмотрим, какой из них наиболее удобен в использовании, в зависимости от вашей ситуации, скорости, расстояния и устройства.
В чем разница между Wi-Fi 2,4 и 5 ГГц
В течение первого десятилетия использования WiFi работал он исключительно в диапазоне 2,4 ГГц. Это сделало полосу очень насыщенной, в дополнение к тому факту, что каждый канал имеет ширину только 22 МГц, перекрываясь также с более близкими. Это причина, по которой использование каналов 1, 6 и 11 для WiFi является лучшим вариантом, хотя есть менее насыщенные каналы, такие как 14.
Каналы Wi-Fi 2,4ГГц
В 2009 году Wi-Fi 5 ГГц начал использоваться со стандартом 802.11n, который теперь известен как WiFi 4. Этот новый диапазон при работе на более высокой частоте имеет меньший диапазон, но также позволяет Wi-Fi работать на более высокой скорости. В будущем WiGig будет работать на частоте 60 ГГц, чтобы обеспечить еще большую скорость.
Кроме того, эта полоса считается лучше, чем 2,4 ГГц, т.к. там каждый канал разделен, чтобы не создавать помех друг другу. Однако следует добавить, что в этих диапазонах работает меньше маршрутизаторов, и они имеют меньший радиус действия, а также значительно уменьшаются помехи в очень густонаселенных районах.
В случае с частотой 2,4 ГГц, на ней работает множество средств связи, которые создают еще больше помех, например, беспроводные телефоны, Bluetooth, беспроводные периферийные устройства ПК, консольные контроллеры, микроволновые печи и многое другое.
Все эти помехи не влияют на частоту 5 ГГц, которая находится очень далеко от этого диапазона, что также имеет преимущество в том, что может передавать данные по нескольким каналам одновременно. Благодаря всему этому сигнал на частоте 5 ГГц более стабилен и надежен, но в целом имеет меньший диапазон. Поэтому, использование Wi-Fi 2,4 ГГц имеет только одно преимущество: он достигает большего расстояния, если маршрутизатор находится в нескольких десятках метров от нашего устройства или если между ними есть стены.
Дальность передачи по разным стандартам
При этом у нас есть WiFi 2,4 ГГц от диапазонов 2,412 ГГц (канал 1) до 2,472 МГц (канал 13), где через каждые 5 МГц имеется новый канал. Каждый канал охватывает до 22 МГц, где они перекрывают друг друга, следовательно, в случае WiFi 5 ГГц есть 21 канал по 20 МГц каждый, где в этом пространстве ни один не перекрывает друг друга.
Стандарт-802.11ac (Wi-Fi 5 ГГц)
Фактическая максимальная скорость, достигаемая при покрытии 2,4 ГГц, составляет около 150 Мбит/с (теоретически 300 Мбит/с), а на частоте 5 ГГц достигается скорость от 200 Мбит до 1 Гбит/с с теоретическими максимумами от 433 Мбит/с до 1 или 7 Гбит/с.
Однако дело в том, что самые современные маршрутизаторы теперь могут объединять обе сети в одну таким образом, что он автоматически решает, какая сеть наиболее удобна для использования в любое время, автоматически её меняя. Это возможно благодаря таким функциям, как Intelligent WiFi, присутствующим в маршрутизаторах премиум-класса.
Даже если у них нет Intelligent Wi-Fi, почти все современные маршрутизаторы создают две сети, и мобильный телефон автоматически переключается на сеть 2,4 ГГц, если мы были подключены к частоте 5 ГГц и остались без сигнала.
Вы также можете дать одинаковое имя и пароль для обеих сетей, хотя это может работать не со всеми устройствами. Вы должны иметь в виду, что некоторые из ваших старых устройств могут работать только с Wi-Fi 2,4 ГГц, например смартфоны старше 5-ти лет.
Важно, чтобы вы не путали эти технологии, поскольку во многих маршрутизаторах вместо сети 5 ГГц в конце появляется «5G», что на самом деле не имеет никакого отношения к Wi-Fi, а представляет собой мобильную связь.
Таким образом, Wi-Fi 2,4 ГГц имеет больше помех из-за того, что каналы перекрывают друг друга, но, несмотря на это, он имеет больший диапазон, потому что он работает на большей частоте. В свою очередь, он имеет более низкую скорость соединения по сравнению с WiFi 5 ГГц.
Как и в случае с частотой 5 ГГц, у Wi-Fi 2,4 ГГц есть каналы, которые не перекрывают друг друга, которые обеспечивают большую скорость при работе на более коротких частотах и могут использовать несколько каналов одновременно, но у них более короткий диапазон, потому что его длина волны короче, и вряд ли есть какие-либо внешние помехи за пределами других сетей Wi-Fi, которые работают на этих частотах.
Распределение диапазонов частот WiFi по приложениям
Заключение
В настоящее время стандарты WiFi 4 (802.11n) и WiFi 5 (802.11ac) работают на частотах 2,4 и 5 ГГц соответственно. Это просто делает 2,4 ГГц совместимым со старым стандартом (802.11n также совместим с 5 ГГц), в то время как самый современный работает только с 5 ГГц.
Читайте также: